Modelación de la producción de metano en el Relleno

I ngeniería I nvestigación y T ecnología
volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017 183-192
ISSN 1405-7743 FI-UNAM artículo arbitrado
Información del artículo: recibido: enero de 2016, aceptado: noviembre de 2016
Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) license
Modelación de la producción de metano en el Relleno
Sanitario Parque Ambiental Palangana (Santa Marta)
Modelling of Methane Production in “Parque Ambiental Palangana” Landfill (Santa Marta)
Armenta-Rivas Maysson Esmi
Grupo de Investigación en Modelación de Sistemas Ambientales, Colombia
Correo: [email protected]
Sierra-Camargo Liseth Dayana
Grupo de Investigación en Modelación de Sistemas Ambientales, Colombia
Correo: [email protected]
Vélez-Pereira Andrés M.
Grupo de Investigación en Modelación de Sistemas Ambientales, Colombia
Correo: [email protected]
Resumen
El metano generado en rellenos sanitarios se puede presentar como un problema ambiental en la gestión de los residuos sólidos, pero también se considera como un beneficio por su alto potencial energético. El objetivo del estudio
fue estimar la producción de metano en el Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana de Santa Marta-Colombia;
aplicando los modelos matemáticos del Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC) y Corenostós, empleando la deposición mensual de residuos sólidos, su composición físico-química y las condiciones meteorológicas
desde 2004 al 2013 y proyectadas hasta el 2019 como periodo de vida útil. Los resultados muestran que la ciudad
posee una alta producción per-cápita de residuos (0.83 kg/hab-día), con un alto contenido de humedad y compuesta
principalmente por materia orgánica (39.7%). El modelo del IPCC estimó una máxima producción de 2949 Ton/año
de metano un año posterior al cierre estimado, y un error promedio de estimación de 18.4%; mientras que el modelo
Corenostós estimó una máxima producción de 1593 Ton/año de metano en el año de clausura estimado, con un error
promedio de 47.2%. Ambos modelos presentan una sub-estimación de las emisiones cuantificadas en el relleno, debido a las condiciones particulares de operación y al alto contenido de humedad de los residuos; no obstante, el
modelo del IPCC presenta un error aceptable para realizar las estimaciones de metano en el relleno.
Descriptores: biogás, Corenostós, metano, modelos de estimación, relleno sanitario, residuos sólidos urbanos.
Abstract
Methane generated in landfills could be considered as an environmental problem in solid waste management, but could also be
profitable for its high energy potential. The aim of the study was to estimate methane production in the “Parque Ambiental
Palangana” landfill (Santa Marta-Colombia). There were applied the mathematical models of the Intergovernmental Panel on
Climate Change (IPCC) and Corenostós, by using the information of monthly deposition and physical-chemical composition of
solid waste and meteorological conditions since 2004 to 2013 and projected ones to 2019 as useful life. The results showed that
the city has a high per-capita solid waste production (0.83 kg/inhabitant-day), with high moisture content and mainly composed
of organic matter (39.7%). The model of the IPCC estimated a maximum production of 2949 Tons/yr of methane, a year later
than estimated closing and an average error of 18.4%; while Corenostós model estimated a maximum production of 1593 Tons/
yr of methane in the year of estimated closing, with a 47.2% of error. Both models showed an underestimation according to data
emission presented by the landfill, due to the particular operating conditions and the high moisture content of the solid waste,
however the IPCC model has an acceptable error to estimate methane in the landfill.
Keywords: biogas, Corenostós, methane, estimation models, landfill, urban soild waste.
Modelación
de la producción de metano en el
Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana (Santa Marta)
Introducción
La producción de residuos sólidos municipales (RSM) ha
experimentado un crecimiento progresivo durante las
últimas décadas como consecuencia del aumento poblacional; ya que existe una relación directa entre la
generación y caracterización de residuos, con la cantidad de habitantes, tamaño y expansión de las ciudades (Arrieta, 2008; Jaramillo y Zapata, 2008; Singh et
al., 2011; Rojas et al., 2014). Se consideraba que más de
la mitad de los desechos producidos eran de origen
orgánico, y solo 2% recibían un adecuado tratamiento
para su aprovechamiento; el porcentaje restante se
distribuía entre rellenos sanitarios y otros tipos de disposición. Actualmente los RSM poseen una cantidad
mayor de plásticos, papeles y materiales reutilizables
que desechos orgánicos debido al crecimiento de áreas
metropolitanas (Jaramillo y Zapata, 2008; Terraza,
2009; Hoornweg y Bhada-Tata, 2012), afectando la
vida útil de los rellenos, al tiempo que se deprecia el
valor comercial de estos materiales susceptibles de
aprovechar.
La disposición de RSM en el relleno sanitario (RESA),
incrementa las emisiones de biogás, producto de la degradación de los residuos orgánicos en condiciones
anaerobias (Georgaki et al., 2008; Hilkiah-Igoni et al.,
2008; Im et al., 2009; Vera-Romero et al., 2015). El biogás, está conformado por trazas de compuestos orgánicos volátiles (COV), sulfuro de hidrogeno (H2S) y
principalmente por dióxido de carbono (CO2) y metano
(CH4), este último, relevante por sus efectos en la regulación térmica de la tierra, pues posee un poder 21
veces mayor de retención de radiación solar terrestre
comparado con el dióxido de carbono (Meraz et al.,
2004; Ducom et al., 2009; Im et al., 2009; Sierra et al.,
2014). Se calcula que 14% de las emisiones globales de
CH4 se relacionan con los rellenos sanitarios (Martín,
1997; Kim y Yi, 2009; Aguilar-Virgen et al., 2011a), convirtiendo estos en una fuente importante de emisiones
de gases de efecto invernadero (GEI) a la atmosfera. Por
lo que las estimaciones de la producción de biogás en
los RESA, se establecieron en una obligación para muchos países comprometidos con el objetivo del protocolo de Kioto de disminuir las emisiones de gas
metano (Aronica et al., 2009; Mackie y Cooper, 2009).
Otros impactos de la producción de metano en los
RESA, son las emisiones fugitivas desde la superficie;
ya que puede generar un desplazamiento del oxígeno
en el material de cobertura afectando el crecimiento
de las raíces de árboles, arbustos o pasto que se implementen en la etapa de clausura. Asimismo, se establece el riesgo latente de explosión si la concentración
184
I ngeniería I nvestigación
y
volumétrica de CH4 contenido en el biogás, es igual o
superior a 5% (Schmidt, 1999; SCS Engineers, 2008; Serrano, 2006).
La estimación de metano generado en el relleno se
puede realizar mediante modelos matemáticos, los cuales evalúan la dinámica de generación de biogás, incorporando variables como la fecha de apertura y clausura,
constantes de degradación biológica y físico-química
entre otras, que permiten describir con alto nivel de
precisión la generación de biogás dentro del relleno
(Lobo y Tejero, 2007; Guerra, 2009; Cendales, 2011, Kalantarifard y Yang, 2012). El modelo del IPCC (Kim y Yi,
2009; Wangyao et al., 2010), el LandGEM (Panesso et al.,
2011; Kalantarifard y Yang, 2012; Vera-Romero et al.,
2014) y el modelo mexicano de biogás (Aguilar-Virgen
et al., 2011b; 2011a) se establecen como algunos de los
modelos frecuentemente aplicados.
La cuantificación de metano por medio de modelos
permite que su captura y uso como fuente de energía
renovable se convierta en uno de los principales mecanismos de desarrollo limpio en los RESA, puesto que
el CH4 presenta un poder calorífico entre 400 y 600
BTU, equivalente a la mitad del gas natural (Murphy y
McKeogh, 2006; Zamorano et al., 2007; Espíritu-Barragán et al., 2014); permitiendo su transformación en
energía calórica para la generación de electricidad,
como fuente de calor en sistemas de calefacción, combustible de caldera, combustible de vehículos, entre
otros usos, que reducirían significativamente las emisiones de GEI.
En la ciudad de Santa Marta, la población se ha
incrementado a una tasa de 3.16%, producto de migraciones de diferentes zonas del país y del departamento del Magdalena; aumentado la producción de
RSM de 320 Ton/día en 2008 a 410 Ton/día en 2011
(Aluna consultores limitada, 2011; SSPD Superintendencia de servicios públicos, 2011; Alcaldía de Santa
Marta et al., 2012). Teniendo en cuenta que la estimación de la producción de biogás en los RESA se considera una estrategia ambiental y económica importante, enfocado en el aprovechamiento tecnológico de
las cantidades de metano generado, por su potencial
como fuente de energía no convencional. El objetivo
del presente documento fue estimar la producción de
CH4 en el Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana ubicado en la ciudad de Santa Marta-Colombia.
Para ello se aplicaron los modelos matemáticos del
Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC) y
Corenostós, empleando como variables de entrada la
deposición mensual de residuos sólidos en el RESA,
su composición físico-química y las condiciones meteorológicas.
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
Armenta-Rivas Maysson Esmi, Sierra-Camargo Liseth Dayana, Vélez-Pereira Andrés M.
Metodología
modelos
Área de estudio
El relleno sanitario del distrito de Santa Marta está localizado en el sector denominado Palangana, del que recibe su nombre, cuenta con un área de 53 ha. Se encuentra
ubicado aproximadamente a 1.100 m del casco urbano
sobre la vía que conduce a Bahía Concha (Parque Nacional Natural Tayrona) y próximo a los habitantes de
las comunidades que residen en la urbanización Altos
de Bahía Concha y los barrios Fundadores y Bastidas
(Vélez-Pereira et al., 2010; Camargo et al., 2011). Es un
relleno tipo terraza que inició operaciones en el mes de
julio del 2004 y cuenta con una capacidad de 2.156.675
Ton (ESPA, 2014). La temperatura media varía entre 2832 °C, con precipitaciones anuales de 500-1000 mm/año
(Garrido y Camargo, 2015).
Variables de entrada del modelo
Cuantificación y composición de residuos depositados
en el relleno
La información de las cantidades, composición química
y física de los residuos depositados en el RESA durante
el periodo 2004-2013, provienen de los informes de calidad ambiental (ICA), los cuales se presentan anualmente
por la empresa prestadora del servicio a la autoridad
ambiental. Posteriormente se realizaron las proyecciones de disposición de residuo mediante el método
geométrico hasta el año de clausura (2019), como fecha
estipulada en el plan de gestión de residuos sólidos (PGIRS)
de Santa Marta con el fin de alimentar los modelos.
Condiciones meteorológicas
La información meteorológica proviene de la estación
Núm. 15015050-Aeropuerto Simón Bolívar, ubicada a
11.07 de latitud norte, 74.13 longitud oeste y 4 m.s.n.m.
en la ciudad de Santa Marta. De ella se recopilaron el
valor medio mensual multianual de la temperatura media (°C), evaporación total (mm) y precipitación total
(mm) para el periodo de estudio (2004-2013), posteriormente se realizaron las proyecciones por el método de
la razón normal hasta 2034, 15 años después del cierre
proyectado, reportado como el tiempo de eversuria
para los RESA (Monsalve, 1999).
I ngeniería I nvestigación
Estimación de la producción de metano por los
y
Para la cuantificación de metano se aplicaron dos modelos: el modelo IPCC (IPCC, Panel Intergubernamental de
Cambio Climático, 1996) y el modelo de Corenostós (Collazos, 2005). Las particularidades de aplicación para
cada modelo se describen a continuación.
Modelo IPCC
El método de la IPCC (Tier2) se basa en un balance de
masa, en el cual la estimación de la producción de biogás depende de las categorías de residuos, el carbono
orgánico degradable y el gas metano en el relleno.
(IPCC, Panel Intergubernamental de Cambio Climático, 1996; Kim y Yi, 2009; Aguilar-Virgen et al., 2011b;
2012).
Las ecuaciones matemáticas mediante las que se
rige el modelo de primer orden de la IPCC son las ecuaciones 1 y 2
ECH4 = ({A * k * RSUT * RSUF * FMC * Lo * e –k(T – x)} –R) *
(1 – OX)
(1)
16
Lo = FMC * COD * CODF * F * (2)
12
donde
ECH4 = emisión de metano en Ton/año
A = factor de normalización para la corrección de
la sumatoria
RSUT= total de residuos sólidos municipales genera dos (G/año)
RSUF= fracción o categoría de dichos residuos
(Gg/año)
Lo = potencial de generación de metano (m3/Mg de
residuos)
k
= índice de generación de metano
T = año en transcurso
x = año de entrada de los residuos
F = fracción de CH4 en el gas de vertedero (se asume
un valor de 0.5, pues el biogás se compone gene
ralmente por 50% de gas CH4, 50% de CO2
y menos de 1% de otras trazas consti
tuyentes)
R = CH4 recuperado (G/año)
OX = factor de oxidación (valor por defecto es 0)
FCM= factor de corrección para el metano, un ajuste
de la estimación de biogás en el mo delo que tiene en cuenta el grado de
degradación anaerobia de los resisudos,
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
185
Modelación
de la producción de metano en el
Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana (Santa Marta)
su valor está relacionado con la profundidad y tipo
de relleno con el que se cuente.
El COD es el carbono orgánico degradable, que depende
de la composición de los residuos y puede calcularse a
partir del porcentaje promedio de carbono degradable
presente en los componentes de los residuos, utilizando
la ecuación 3.
COD = 0.4 (F) + 0.17 (B) + 0.15 (C) + 0.30 (D)(3)
donde
F
B
C
= porcentaje de residuos de papel, cartón y textiles
= residuos de desecho de jardín, parques o dese chos orgánicos putrescibles (excluidos los ali
mentos)
= porcentaje de los residuos que corresponde a
restos de alimentos
= porcentaje de residuos que corresponde a ma dera y paja.
Métodos estadísticos
El grado de precisión de los modelos aplicados se estableció mediante el error medio absoluto (MAE) y la
raíz media del error cuadrático (RMSE). Los valores se
compararon estadísticamente mediante un análisis de
varianza simple (ANOVA) para determinar si existe
una diferencia o no significativa entre las estimaciones
y los valores simulados. Adicionalmente, se aplicó la
prueba no paramétrica de Wilcoxon-Mann-Whitney
(Wilcoxon, 1945; Mann y Whitney, 1947) para establecer el nivel de significancia de las diferencias.
Discusión y análisis de resultados
Disposición y composición de residuos sólidos en
el RESA
En la figura 1 se observa el comportamiento que registra la disposición de los residuos sólidos en el RESA
D
Palangana durante los años de operación 2004-2013.
En los meses de enero, noviembre y diciembre se registraron picos de mayor disposición, con valores
CODF es la fracción de carbono orgánico degradable
promedios de 10846 Ton/mes, 11007 Ton/mes y 11830
asimilado o que se convierte en biogás, el valor predeTon/mes, respectivamente, donde el mes de diciemterminado utilizado por el IPCC es de 0.77. Sin embarbre es el que presenta mayor generación de residuos
go, este puede variar de 0.42 para 10°C a 0.98 para 50°C.
sólidos a lo largo de los datos históricos, consecuencia
Su cálculo se basa en la temperatura que se maneja en la
de las migraciones por periodos vacacionales que inzona anaerobia del RESA.
crementan la producción de residuos y por ende la
producción per cápita (ppc) en la ciudad (0.83kg/habCDOF = 0.014T + 0.28
(4)
día); la cual es mayor que otras ciudades con mayor
población como Medellín (0.591 kg/hab-día) que cuadriplican en número de habitantes a Santa Marta (ObModelo Corenostós
servatorio de Políticas Públicas de Medellín, 2010).
El modelo Corenostós simula el proceso de llenado de
Incluso la ppc de Santa Marta se reporta por encima
un relleno sanitario, calculando los gases y lixiviados
del estándar colombiano establecido en el RAS de
que se van produciendo por la biodegradación de los
0.79 kg/hab-día (Ministerio de Vivienda, Ciudad y Tedesechos orgánicos dispuestos y por la infiltración de
rritorio y Viceministerio de Agua y Saneamiento Básilas lluvias, que llegan a tener contacto directo con los
co, 2012).
lechos de desechos en el RESA (Collazos, 2005).
En Santa Marta, los residuos se componen en su
mayoría, por residuos de jardín y orgánicos (figura 2).
CcHh Oo Nn + WH2 O → XCH4 + YCO2 + ZNH3
Estas proporciones se han mantenido constantes du(5)
rante toda la vida útil del RESA (ESPA, 2014), por tanto, las toneladas dispuestas por cada tipo de residuo
El modelo basa su fundamento teórico en una ecuación
aumentan conforme a la tasa de generación de resiempírica (ecuación 5), donde el porcentaje de residuos
duos estimada en 3.76% anual. La distribución por
putrescibles, papel o cartón, textiles y jardinería, así
tipo de residuo es consistente con las actividades ecocomo el porcentaje de humedad se se expresa en la
nómicas del distrito: turismo, pesca, comercio, activicomposición química de carbono, hidrógeno, oxígeno,
dad portuaria y producción de productos de base
nitrógeno y azufre; estableciendo un balance y por ende
agrícola. Por otro lado, la proporción de residuos oruna estimación del metano producido.
gánicos del distrito (47%) es un poco mayor a la registrada en otros países como India (38.6% de los residuos
186
I ngeniería I nvestigación
y
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
Armenta-Rivas Maysson Esmi, Sierra-Camargo Liseth Dayana, Vélez-Pereira Andrés M.
Figura 1. Promedio y tasa de cambio
mensual multianual de los residuos
depositados en el RESA Parque Ambiental
Palangana
son orgánicos), México (36.20%), Brasil (30%) (SCS Engineers, 2005; 2008; Serrano, 2006; ESPA, 2014; VeraRomero et al., 2014); pero para el contexto colombiano,
se reporta dentro de los valores registrados en ciudades como Cali (75%), Bucaramanga (50.3%), Bogotá
(65%). Este alto porcentaje de putrescibles es directamente proporcional a la generación de biogás y metano; debido a que la descomposición anaerobia que
produce biogás en los rellenos, depende en gran parte
del contenido orgánico (desecho de jardín, comida y
papel que se generan en el hogar) que se dispone en él
(Meraz et al., 2004; Serrano, 2006).
Figura 2. Distribución porcentual por tipo de residuo depositado
en el RESA Parque Ambiental Palangana
I ngeniería I nvestigación
y
Estimación de las emisiones por los modelos
Los modelos IPCC y Corenostós se comportan de forma similar (figura 3), presentando crecimiento exponencial de la producción de metano hasta el año de
clausura del RESA (año 2019), donde se detiene la disposición de residuos sólidos. La mayor generación de
CH4 se evidencia en este año para el modelo Corenostós, con una emisión de 1593 Ton/año de CH4; mientras que el IPCC tiene su punto máximo en el año
inmediatamente posterior al cierre del RESA (año
2020) con 2.949 Ton/año de CH4. Esto es coherente con
Aguilar-Virgen et al. (2011a) quienes aseguran que
después del cierre, la emisión del metano empieza un
decrecimiento hasta estabilizarse o cesar. En nuestro
caso, el modelo del IPCC se estabilizaría en el 2053 con
409 Ton/año; al mismo tiempo, el modelo Corenostós
fija este periodo en el año 2034 con una emisión de 40
Ton/año de metano.
Por otro lado, también se puede observar que la estimación del modelo del IPCC es 1.63 veces mayor a la
del modelo Corenostós, antes de la clausura del relleno. Posterior a ella, el Corenostós tiene un decaimiento más acelerado mientras el modelo del IPCC
continúa estimando emisiones. Estas diferencias pueden relacionarse con las variables asumidas en cada
modelo; en el caso del modelo Corenostós se manejaron valores únicos para la composición química y el
índice de generación de metano (k), sin tener en cuenta las condiciones climáticas o zonas donde se ubica el
RESA, ya que solo contempla la precipitación como
una variable de importancia en la generación de lixiviado. Además, asume que la generación de gases se
produce en el mismo año en que los residuos se depositan y que la mayor degradación aparece en los primeros cinco años (Collazos, 2005). Mientras que el
modelo del IPCC, cuenta con valores de acuerdo con
la ubicación geográfica; adicionalmente, la estimación
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
187
Modelación
de la producción de metano en el
Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana (Santa Marta)
Figura 3. Variación de la producción de
Metano estimado por los modelos
+
Fecha estimada de clausura del relleno
sanitario. *Año y máxima producción de
metano estimada por el modelo del IPCC.
‡
Año y máxima producción de metano
estimada por el modelo del Corenostós
se establece a partir de la población, la producción
per-cápita y el índice de generación de metano (k) por
cada categoría de residuos que ingresan al RESA
(IPCC, Panel Intergubernamental de Cambio Climático, 1996; Kim y Yi, 2009; López, 2011; Aguilar-Virgen
et al., 2011b; 2012), donde la cantidad por tipo de residuo es la variable que puede generar el mayor grado
de incertidumbre en las estimaciones, si no se tiene un
precisión de la variación en la composición de los residuos mes a mes o año con año.
En la figura 4 se observa que las estimaciones del
modelo Corenostós están muy alejadas de los valores
reales reportados en los ICA; mientras las estimaciones
del IPCC se aproximan mejor a ellos. Esto se evidencia
en los valores del error calculado, donde el Corenostós
supera un 29% el error calculado del modelo IPCC. Estos resultados se confirman por el ANOVA, que reporta
una diferencia entre los valores estimados y medidos
(P-valor: 0.024); no obstante, solo para el caso del modelo Corenostós, la prueba de Wilcoxon-Mann-Whitney
estima que la diferencia es estadísticamente significativa a 95% con el valor medido y la estimación establecida por el IPCC.
En general, se observa que los modelos están subestimando la producción de metano, incluso esta diferencia podría llegar a ser mayor si se tienen en cuenta
las emisiones fugitivas en la superficie del relleno, que
no son cuantificables en las mediciones periódicas que
realiza el relleno en las chimeneas. Las diferencias se
pueden atribuir al alto contenido de humedad
(29.80%) de los residuos sólidos depositados, aunado
a la abundante precipitación del área de estudio y las
posibles prácticas de recirculación de lixiviado por as-
188
I ngeniería I nvestigación
y
persión, que generan la reducción del tiempo transcurridos en las fases anaerobia y metanogénica; situación
que no se asimila por los modelos y permite un aumento en la producción del metano (Camargo y VélezPereira, 2009; Rada et al., 2015). Otra razón particular
por la que el modelo IPCC presenta esta subestimación, es la alta fluctuación intermensual que presenta
la ppc, la cual no se puede suministrar al modelo para
disminuir el grado de incertidumbre en las estimaciones (IPCC, Panel Intergubernamental de Cambio Climático, 2002; 2006).
Los resultados del error cuadrático medio (RMSE)
muestran que para el modelo IPCC es de ±23.4% con
relación a las mediciones presentadas en los ICA; por
su parte, el Corenostós exhibe un error de ±51.7% frente a los valores medidos. Este último valor de error es
mayor al obtenido por Mejía y Gil (2015) de 33.5% y
mucho menor al reportado por Urrego-Martínez et al.
(2016) en el relleno sanitario Doña Juana, Colombia.
En consecuencia, las estimaciones arrojadas por el método IPCC se ajustan mejor a las mediciones realizadas en el RESA Palangana. El error del IPCC se puede
considerar aceptable, pues se encuentra dentro de un
rango de significancia media-alta, en comparación con
los estudios realizados en Cuba (±36.1%) y Suecia
(±9%) que presentan una alta diversidad de condiciones en las áreas analizadas (Börjesson et al., 2009;
López, 2011), y se corrobora por el test de WilcoxonMann-Whitney que no reporta una diferencia significativa entre las estimaciones y las medianas de metano
en el RESA Parque Ambiental Palangana. Finalmente
se establece como necesario para mejorar la precisión
en las estimaciones y disminuir el grado de incerti-
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
Armenta-Rivas Maysson Esmi, Sierra-Camargo Liseth Dayana, Vélez-Pereira Andrés M.
Figura 4. Comparación entre las
estimaciones de CH4 de los modelos y los
valores medidos.
MAE: Error medio absoluto. RMSE: Raíz
del error cuadrático medio
dumbre, utilizar información más puntal y precisa en
cuanto a la variación de la composición física de los
residuos, parámetros de funcionamiento del RESA, las
características químicas, el índice de generación de
metano entre otros factores.
Conclusiones
La ciudad de Santa Marta presenta una ppc de residuos
ligeramente superior a las condiciones del contexto colombiano con una tasa de crecimiento equivalente a la
poblacional nacional. Igualmente, la dinámica mensual
de segregación, así como su composición de los residuos con predominancia de orgánicos y alto contenido
de humedad, se asocia a la influencia que ejerce su vocación turística. Las estimaciones de metano por los
modelos se consideran entre aceptables (IPCC) y deficientes (Corenostós). Sin embargo, se observa una subestimación por ambos modelos de las emisiones, donde
el modelo del IPCC es el de mejor ajuste para estimar la
producción de biogás en el relleno.
Agradecimientos
A la ingeniera Eliana Álvarez, Funcionaria de la Corporación Autónoma Regional del Magdalena (CORPAMAG), por el respaldo brindado en la consecución de la
información con la que se realizó la investigación.
Referencias
Aguilar-Virgen Q., Ojeda-Benítez S., Taboada-González P., Quintero-Núñez M. Estimación de las constantes k y L0 de la tasa
de generación de biogás en sitios de disposición final en Baja
I ngeniería I nvestigación
y
California, México. Rev Int Contam Ambient, volumen 28, 2012:
45-51.
Aguilar-Virgen Q., Taboada-González P.A., Ojeda-Benítez S. Potential production of electricity from biogas generated in a
sanitary landfill. Ingeniería e Investigación, volumen 31, 2011a:
56-65.
Aguilar-Virgen Q., Taboada-González P.A., Ojeda-Benítez S.
Modelo mexicano para la estimación de la generación de
biogás. Ingeniería Revista Académica, volumen 15, 2011b:
37-45.
Alcaldía de Santa Marta, Interconexión Eléctrica ISA, & Programa
de las Naciones Unidad para el Desarrollo PNUD, Estado de
avance de los objetivos del milenio, Alcaldía de Santa Marta,
Santa Marta, Colombia, 2012.
Aluna consultores limitada. Estudio nacional del reciclaje y los
recicladores: Historia del reciclaje y los recicladores de Colombia, Colombia, 2011.
Aronica S., Bonanno A., Piazza V., Pignato L., Trapani S. Estimation of biogas produced by the landfill of Palermo, applying a
Gaussian model. Waste Management, volumen 29, 2009: 233239. doi: 10.1016/j.wasman.2008.02.026
Arrieta G.B. Análisis de la producción de residuos sólidos de pequeños y grandes productores, determinación de factores de
producción de residuos sólidos de los usuarios residenciales, revisión de la regulación vigente y cálculo de costos asociados a la realización de aforo de residuos sólido en
Colombia. Comisión de Regulación de Agua y Saneamiento
Básico-(CRA)-Ministerio de Ambiente, Viviendo y Desarrollo Territorial, Colombia, 2008.
Börjesson G., Samuelsson J., Chanton J., Adolfsson R., Galle B.,
Svensson B.H. A national landfill methane budget for Sweden
based on field measurements, and an evaluation of IPCC models. Tellus B., 2009. doi: 10.3402/tellusb.v61i2.16841
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
189
Modelación
de la producción de metano en el
Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana (Santa Marta)
Camargo Y., Henao D.M., Vélez-Pereira A.M. Emisiones atmosféricas de origen biológico, Primera, Colombia, Fondo Editorial
UniMagdalena, Santa Marta, 2011.
Camargo Y., y Vélez-Pereira A.M. Emisiones de biogás producidas en rellenos sanitarios, en: Proceedings La Gestión Sostenible de los Residuos, Barranquilla, Colombia, 2009, p. 50.
Cendales LED. Producción de biogás mediante la codigestión anaeróbica de la mezcla de residuos cítricos y estiércol bovino para su utilización como fuente de energía renovable (tesis para Magíster en
Ingeniería Mecanica), Universidad Nacional de Colombia,
2011.
Collazos H. Diseño y operación de rellenos sanitarios, 2da ed., Escuela Colombia de Ingeniería, Bogotá, 2005.
Ducom G., Radu-Tirnoveanu D., Pascual C., Benadda B., Germain
P. Biogas–Municipal solid waste incinerator bottom ash interactions: Sulphur compounds removal. Journal of Hazardous
Materials, volumen 166, 2009: 1102-1108. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.12.024
ESPA. Plan de gestión integral de los residuos sólidos del Distrito
de Santa Marta, volumen II, Diagnóstico integral del PGIRS,
ESPA, Santa Marta, Colombia, 2014.
Espíritu-Barragán C., Vera-Romero I., Estrada-Jaramillo M., Ortiz-Soriano A., Medina-Orozco L., Martínez-Reyes J. Estimación de biogás como base para la implementacion de un
relleno sanitario intermunicipal: Jiquilpan, Sahuayo y Venustiano Carranza, en: Paz-Rellat F. y Wong-González J.
(eds) Estado actual del conocimiento del ciclo del Carbono y
sus interacciones en México: Síntesis a 2013, 1st ed., Programa Mexicano del Carbono, Texcoco, Estado de México, México, 2014, pp. 669-674.
Garrido G.A.P. y Camargo C.Y. Distribución del espacio temporal
de partículas suspendidas totales en la zona costera del departamento del Magdalena en el periodo 2006-2009. Revista de
Ciencias, volumen 18, 2015: 59-72.
Georgaki I., Soupios P., Sakkas N., Ververidis F., Trantas E., Vallianatos F., Manios T. Evaluating the use of electrical resistivity imaging technique for improving CH4 and CO2 emission
rate estimations in landfills. Science of The Total Environment,
volumen 389, 2008: 522-531. doi: 10.1016/j.scitotenv.2007.08.033
Guerra P.E. Simulación de modelos de sistemas dinámicos para sostenibilidad, (tesis de ingeniería informatica), Universitat Politècnica de Catalunya, 2009.
Hilkiah-Igoni A., Ayotamuno M.J., Eze C.L., Ogaji S.O.T., Probert
S.D. Designs of anaerobic digesters for producing biogas from
municipal solid-waste. Applied Energy, volumen 85, 2008: 430438. doi: 10.1016/j.apenergy.2007.07.013
Hoornweg D. y Bhada-Tata P. What a waste: A global review of solid
waste management, World Bank, Washington, 2012.
Im J., Moon S., Nam K., Kim Y-J., Kim J.Y. Estimation of mass
transport parameters of gases for quantifying CH4 oxidation
in landfill soil covers. Waste Manage, volumen 29, 2009: 869875. doi: 10.1016/j.wasman.2008.07.006
190
I ngeniería I nvestigación
y
IPCC, Panel Intergubernamental de Cambio Climático, directrices
del IPCC para los inventarios de gases de efecto invernadero,
IPCC, 1996.
IPCC, Panel Intergubernamental de Cambio Climático Waste., en:
Good Practice Guidance and Uncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories, Institutefor Global Environmental Strategies (IGES), Japón, 2002, pp 419-468.
IPCC, Panel Intergubernamental de Cambio Climático, Eggleston
H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds) Waste,
en: Guide lines for National Greenhouse Gas Inventories.
IGES, Japón, 2006.
Jaramillo G. y Zapata L. Aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos en Colombia (tesis para optar al título de Especialista en
Gestión Ambiental), Universidad de Antioquia, 2008.
Kalantarifard A. y Yang G.S. Estimation of methane production by LANDGEM simulation model from tanjung
langsat municipal solid waste landfill, Malaysia. International Journal of Science and Technology, volumen 1, 2012:
481-487.
Kim H-S. y Yi S-M. Methane emission estimation from landfills in
Korea (1978-2004): quantitative assessment of a new approach. J Air Waste Manag Assoc, volumen 59, 2009: 70-77.
Lobo A. y Tejero I. Application of simulation models to the
diagnosis of MSW landfills: An example. Waste Manage,
volumen 27, 2007: 691-703. doi: 10.1016/j.wasman.
2006.04.015
López C.C. Emisiones de metano derivadas de los desechos sólidos municipales en Cuba. Observatorio Medioambiental, volumen 14, 2011: 279-300.
Mackie K.R. y Cooper C.D. Landfill gas emission prediction using
Voronoi diagrams and importance sampling. Environmental
Modelling & Software, volumen 24, 2009: 1223-1232. doi:
10.1016/j.envsoft.2009.04.003
Mann H.B. y Whitney D.R. On a test of whether one of two random variables is stochastically larger than the other, The annals of mathematical statistics, 1947, pp. 50-60.
Martín G.S. Producción y recuperación de biogás en vertederos controlados de residuos sólidos urbanos: análisis de variables y modelización, Universidad de Oviedo, 1997.
Mejía C.A.Z. y Gil V.H.G. Análisis de la producción de lixiviado y
biogás bajo condiciones de extracción activa en un relleno sanitario. Ingenium, volumen 16, 2015: 9-23. doi: http://dx.doi.
org/10.21500/01247492.1365
Meraz R-L., Vidales A-M., Domı́nguez A. A fractal-like kinetics
equation to calculate landfill methane production. Fuel, volumen 83, 2004: 73-80. doi: 10.1016/S0016-2361(03)00212-6
Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio y Viceministerio de
Agua y Saneamiento Básico, Reglamento técnico del sector de
agua potable y Saneamiento básico, Título F, Sistemas de
Aseo Urbano, 2012.
Monsalve S.G. Hidrología en la ingeniería, 2a ed., Mexico, Alfaomega grupo editor, 1999.
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
Armenta-Rivas Maysson Esmi, Sierra-Camargo Liseth Dayana, Vélez-Pereira Andrés M.
Murphy J.D. y McKeogh E. The benefits of integrated treatment of
wastes for the production of energy. Energy, volumen 31,
2006: 294-310. doi: 10.1016/j.energy.2005.02.003
Observatorio de Políticas Públicas de Medellín, Boletín informativo medio ambiente, Alcaldía de Medellín, Departamento Administrativo de Planeación, Medellín, 2010.
Panesso A.F., Cadena J.A., Flórez J.J.M., Ordoñez M. del C. Análisis del biogás captado en un relleno sanitario como combustible primario para la generación de energía eléc. Scientia et
Technica, volumen 1, 2011: 23-28.
Rada E.C., Ragazzi M., Stefani P., Schiavon M., Torretta V. Modelling the Potential Biogas Productivity Range from a MSW
Landfill for Its Sustainable Exploitation. Sustainability, volumen 7, 2015: 482-495. doi: 10.3390/su7010482
Rojas C.A., Rodríguez B.R., Álamo H.U., Pacheco M.L.E., Treviño
S.S., Márquez S.M. Experiencia de participación comunitaria
para el manejo adecuado de residuos sólidos urbanos en México, Global Health Promotion 1757975914543576, 2014. doi:
10.1177/1757975914543576
Schmidt F. Valoración del biogás en un relleno sanitario, en:
Seminario Internacional Gestión Integral de Residuos Sólidos y Peligrosos, Siglo XXI, Medellín, Colombia, 1999,
pp. 1-11
SCS Engineers Evaluación del relleno sanitario y estudio de prefactibilidad para la recuperación y utilización de biogás en el
relleno sanitario El Navarro Cali, Colombia, SCS Engineers,
Reston, Virginia, 2008.
SCS Engineers Estudio de pre-factibilidad para la recuperación
de biogás y producción de energía relleno sanitario El Carrasco Bucaramanga, Colombia, SCS Engineers, Reston, Virginia, 2005.
Serrano C. Alternativas de utilización de biogás de rellenos sanitarios en Colombia (tesis para Magister en Gestión y auditorías
Ambientales), Universidad de las Palmas de Gran Canaria,
2006.
Sierra S., Alberto C., Barrios A., Leonor R., Morales J., Carmen J.D.
Landfill mining as an alternative for solid waste management.
Producción + Limpia, volumen 9, 2014: 115-123.
I ngeniería I nvestigación
y
Singh R.P., Tyagi V.V., Allen T., Ibrahim M.H., Kothari R. An overview for exploring the possibilities of energy generation from
municipal solid waste (MSW) in Indian scenario. Renew Sust
Energ Rev, volumen 15, 2011: 4797-4808. doi: 10.1016/j.
rser.2011.07.071
SSPD Superintendencia de servicios públicos (2011). Situación de
la disposición final de residuos sólidos en Colombia- diagnostico, 2011.
Terraza H. Manejo de residuos sólidos: Lineamientos para un servicio
integral, sustentable e inclusivo, Nueva York, Inter-American
Development Bank, 2009.
Urrego-Martínez E., Rodríguez-Miranda J.P., Sánchez-Céspedes
J.M. Application of a proposed methodology for estimating
natural gas in a landfill. Case study landfill Juana, Bogota, Colombia. Int J Appl Environ Sci, volumen 11, 2016:1153-1172.
Vélez-Pereira A., Caicedo Y.C., Rincones S.R.B. Distribución espacio-temporal de aerobacterias en el relleno sanitario Palangana,
Santa Marta (Colombia). INTROPICA, volumen 5, 2010: 5-18.
Vera-Romero I., Estrada-Jaramillo M., Martínez-Reyes J., OrtizSoriano A. Potencial de generación de biogás y energía eléctrica. Parte II: residuos sólidos urbanos. Ingeniería, Investigación y
Tecnología, volumen 16, 2015: 471-478. doi: 10.1016/j.
riit.2015.05.012
Vera-Romero I., Reyes J.M., Espíritu-Barragán C.C., Estrada-Jaramillo M., Ortiz-Soriano A., Medina-Orozco L.E. Biogas Estimation as a Basis for the Implementation of an Intermunicipal
Landfill: Michoacan, Mexico. Journal of Environmental Protection, volumen 5, 2014: 577-582. doi: 10.4236/jep.2014.57059
Wangyao K., Yamada M., Endo K., Ishigaki T., Naruoka T., Towprayoon S., Sutthasil N. Methane generation rate constant in
tropical landfill. Journal of Sustainable Energy & Environment,
volumen 1, 2010: 181-184.
Wilcoxon F. Individual comparisons by ranking methods. Biometrics bulletin, 1945: 80-83.
Zamorano M., Pérez-Pérez I.J., Aguilar-Pavés I., Ramos-Ridao Á.
Study of the energy potential of the biogas produced by an
urban waste landfill in Southern Spain. Renew Sust Energ Rev,
volumen 11, 2007: 909-922. doi: 10.1016/j.rser.2005.05.007
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM
191
Modelación
de la producción de metano en el
Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana (Santa Marta)
Citación sugerida:
Citación estilo Chicago
Armenta-Rivas, Maysson Esmi, Liseth Dayana Sierra-Camargo, Andrés
M. Vélez-Pereira. Modelación de la producción de metano en el Relleno Sanitario Parque Ambiental Palangana (Santa Marta). Ingeniería
Investigación y Tecnología, XVIII, 02 (2017): 183-192.
Citación estilo ISO 690
Armenta-Rivas M.E, Sierra-Camargo L.D., Vélez-Pereira A.M. Modelación de la producción de metano en el Relleno Sanitario Parque
Ambiental Palangana (Santa Marta). Ingeniería Investigación y Tecnología, volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192.
Semblanzas de los autores
Maysson Esmi Armenta-Rivas. Realizó sus estudios profesionales en Ingeniería Ambiental y Sanitaria en la Universidad del Magdalena (Santa Marta), pertenece al Grupo de Investigación en Modelación de Sistemas Ambientales (GIMSA). Desde el año 2014
se encuentra laborando para la compañía del sector alimenticio C.I FAMAR S.A. liderando el proceso de manejo ambiental.
Liseth Dayana Sierra-Camargo. Realizó sus estudios profesionales en Ingeniería Ambiental y Sanitaria en la Universidad del Magdalena (Santa Marta), pertenece al Grupo de Investigación en Modelación de Sistemas Ambientales (GIMSA).
Andrés M. Vélez-Pereira. Ingeniero Ambiental y Sanitario y Especialista en Gestión Ambiental por la Universidad del Magdalena,
Magister en Tecnología Ambiental por la Universidad Internacional de Andalucía y la Universidad de Huelva. Doctorando en
Ciencia y Tecnología Ambientales por la Universidad Autónoma de Barcelona. Cuenta con experiencia en docencia e investigación en procesos biológicos, contaminación atmosférica y meteorología.
192
I ngeniería I nvestigación
y
T ecnología , volumen XVIII (número 2), abril-junio 2017: 183-192 ISSN 1405-7743 FI-UNAM